天门山景区地处中纬度，属亚热带山原型季风湿润气候，天门山山顶空旷，森林茂密。

天门山景区的植被组成属泛北极植物区，中国——日本森林植物区的华中区。

森林面积约公顷，总蓄积量为立方米，其中山顶林场面积93公顷，蓄积量立方米，森林覆盖率92%。

经初步查明，景区内目前已记录种子植物种，隶属属，科。在如此小的面积，孕育着如此丰富的种子植物，且多数物种分布在山顶的台地，其物种的丰富性和物种分布的独特性是湖南省乃至全国都少有的。

整个景区中，有国家一级保护植物4种国家二级保护植物24种国际公约保护植物40种湖南省重点保护植物29种包括：银杏、红豆杉、鹅掌楸、领春木、金钱槭、毛果槭、银雀树、白辛树、香果树、血皮槭等。其中有多株有“植物大熊猫”之称的珙桐在林内呈群落状分布，是世界少有的高山珙桐群落。

另外，景区中还有0多种中国特有种，其中多古老子遗的单种属和单型属，这充分说明了天门山是众多古老植物的避难所，也是很多植物的分化场所。在这些特有种中还包括两种天门山景区的特有物种：年发现的“大庸鹅耳枥”和年发现的“天门山杜鹃”，它们的存在很好的说明了天门山自然地理环境的优越性和独特性。除开珍稀植物外，景区内还有天麻、八角莲、细辛、黄莲、七叶一枝花等多种珍贵药材，都是人类宝贵的植物基因库。随着研究的深入，还有不少天门山特有植物呈现在世人面前，将极大地丰富这里的植物区系。

天门山植被属中亚热带常绿阔叶林区，主要由常绿和落叶树种构成，称之为常绿落叶阔叶混交林植被：有原始森林、原始次生林（残存原始林）、派生林和珍贵的雨林等类型。由于景区内沟谷纵横，相对落差大，小气候环境优越，具有森林景观多样，季相变化显著，珍稀群落多样，保护价值高等多种特征。其中的亮叶水青冈等落叶阔叶林处于原生状态，而珙桐林、金钱槭林、领春木林和白娟梅灌丛等在湖南省植被中非常罕见。山顶矮林是天门山森林的又一大特色，其建群树种主要是常绿的匙叶栎和部分落叶的短柄栎。这些原生型群落对天门山生态环境的保护起着不可替代的作用，在科学研究上也具有十分重要的价值。

天门山景区内还珍藏着丰富的野生动物资源。现记录的陆生脊椎动物种，如：豹、猕猴、鹿、麝子、麂、狐狸、野猪、穿山甲、野羊、飞虎等，高山猛禽类如：鹞、鹰等也常在天门山上空活动。其中国家一级保护动物2种，国家二级保护动物26种，有种野生动物属“国家保护的有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物”。年，还有游客在天门山发现了疑似老虎的动物，最后经专家分析认为可能为国家二级保护动物金猫。据史书记载，本区内还曾发现过野人，记载云“获野人、三日死”。关于“大蟒”“米猴”的记录也曾见于史载。据称，还在此山发现有“独角兽”、“高山娟蝶”等珍奇动物，因而这里还是一块探幽猎奇、观赏野生动物栖息的宝地。

天门山资源实体体量巨大，类型丰富。其地貌特征和地质景观均极为珍稀奇特，世界罕见；动植物资源异常丰富，不仅有数十种世界罕见的珍贵物。更有几种天门山独有的珍稀植物。天门山具有主题鲜明、特征突出、观赏游憩价值极高、资源实体完整的特点，天门山尤其是天门洞在世界范围内知名度极高，资源禀赋获得极高市场美誉度。